本發(fā)明涉及電力電子設(shè)備測試與評估，尤其涉及光伏儲能逆變器壽命測試與評估系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著可再生能源技術(shù)的快速發(fā)展，光伏發(fā)電系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應用，光伏儲能逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，其性能和壽命直接影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，然而，逆變器在長期運行過程中會受到環(huán)境溫度、濕度、負載波動等多種因素的影響，導致性能逐漸退化，因此，如何有效地評估逆變器的性能變化和預期壽命，成為光伏發(fā)電系統(tǒng)維護和優(yōu)化的重要課題。

2、現(xiàn)有的逆變器壽命測試與評估方法主要依賴于長時間的運行數(shù)據(jù)分析和后期的物理檢查，這不僅耗時長、效率低，而且難以準確預測逆變器在復雜環(huán)境條件下的性能變化，此外，傳統(tǒng)的評估方法缺乏對多參量數(shù)據(jù)的綜合分析能力，難以全面反映逆變器的健康狀況。

3、因此，開發(fā)一種能夠?qū)崟r采集多參量數(shù)據(jù)、模擬多種環(huán)境和負載條件，并通過先進算法進行綜合評估的逆變器壽命測試與評估系統(tǒng)，具有重要的必要性和實際意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于上述目的，本發(fā)明提供了光伏儲能逆變器壽命測試與評估系統(tǒng)。

2、光伏儲能逆變器壽命測試與評估系統(tǒng)，包括多參量實時監(jiān)測模塊、電氣負載模擬模塊、環(huán)境模擬模塊、壽命預測模塊、綜合評估模塊以及用戶界面模塊；其中：

3、多參量實時監(jiān)測模塊：配置有傳感器網(wǎng)絡，用于實時采集逆變器的性能數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、功率、溫度和濕度；

4、電氣負載模擬模塊：利用多參量實時監(jiān)測模塊采集的數(shù)據(jù)，模擬不同的電氣負載條件，對逆變器在不同工作狀態(tài)下的性能進行測試；

5、環(huán)境模擬模塊：用于模擬多種環(huán)境條件，包括溫度、濕度、鹽霧和uv輻射，以測試逆變器在各種極端條件下的工作性能和耐久性；

6、壽命預測模塊：接收并處理來自多參量實時監(jiān)測模塊、電氣負載模擬模塊和環(huán)境模擬模塊的數(shù)據(jù)，利用圖神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)，提取相關(guān)特征，分析逆變器的退化趨勢，并預測其剩余壽命；

7、綜合評估模塊：整合來自壽命預測模塊的分析結(jié)果，以及環(huán)境模擬模塊的測試數(shù)據(jù)，通過綜合評估算法計算逆變器的整體健康狀況和性能指標，并生成綜合評估報告；

8、用戶界面模塊：用于提供直觀的操作界面，讓用戶能通過該操作界面設(shè)置測試參數(shù)、啟動測試程序，并實時查看各項數(shù)據(jù)和綜合評估報告。

9、可選的，所述環(huán)境模擬模塊包括溫度梯度模擬單元、傳感器網(wǎng)絡單元和數(shù)據(jù)采集單元，所述溫度梯度模擬單元配置有多個溫度傳感器，布置于逆變器的周圍，用于模擬并控制逆變器各部分在實際運行中的不同溫度條件；所述傳感器網(wǎng)絡包括電壓傳感器、電流傳感器、功率傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器，用于實時采集逆變器的性能數(shù)據(jù)；其中每種傳感器均與數(shù)據(jù)采集單元連接，該數(shù)據(jù)采集單元用于將從傳感器收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送至壽命預測模塊。

10、可選的，所述電氣負載模擬模塊包括負載生成單元、負載調(diào)節(jié)單元、數(shù)據(jù)傳輸單元以及測試控制單元；其中：

11、負載生成單元：利用多參量實時監(jiān)測模塊采集的電壓、電流和功率數(shù)據(jù)，生成各種電氣負載條件，該負載生成單元包括編程負載控制器和功率電子設(shè)備，用于生成從輕載到重載、恒定負載到波動負載的多種工作狀態(tài)的電氣負載；

12、負載調(diào)節(jié)單元：用于動態(tài)調(diào)整負載條件，模擬逆變器在不同運行場景下的工作狀態(tài)，該負載調(diào)節(jié)單元通過調(diào)節(jié)電流和電壓的幅值、頻率和相位，對逆變器負載進行控制；

13、數(shù)據(jù)傳輸單元：用于將負載生成和調(diào)節(jié)過程中的數(shù)據(jù)傳輸至壽命預測模塊和綜合評估模塊，該數(shù)據(jù)傳輸單元包括高速數(shù)據(jù)傳輸接口和協(xié)議轉(zhuǎn)換器，其中高速數(shù)據(jù)傳輸接口用于傳遞負載條件數(shù)據(jù)，協(xié)議轉(zhuǎn)換器用于將傳輸數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為預定的格式。

14、可選的，所述環(huán)境模擬模塊包括溫度控制單元、濕度控制單元、鹽霧模擬單元、uv輻射模擬單元以及數(shù)據(jù)采集單元；其中：

15、溫度控制單元：用于模擬不同溫度條件，所述溫度控制單元包括加熱器和制冷器，用于調(diào)節(jié)測試環(huán)境的溫度范圍，從-40℃到85℃；

16、濕度控制單元：用于模擬不同濕度條件，所述濕度控制單元包括加濕器和除濕器，能調(diào)節(jié)測試環(huán)境的濕度范圍，從0%到100%；

17、鹽霧模擬單元：用于模擬鹽霧環(huán)境，以測試逆變器在腐蝕性環(huán)境下的耐久性，所述鹽霧模擬單元包括鹽霧發(fā)生器和控制裝置，能產(chǎn)生并維持預定濃度的鹽霧環(huán)境；

18、uv輻射模擬單元：用于模擬紫外線輻射環(huán)境，該uv輻射模擬單元包括uv燈和輻射控制裝置，能模擬不同強度和波長的紫外線輻射條件；

19、數(shù)據(jù)采集單元：用于實時采集環(huán)境模擬過程中的溫度、濕度、鹽霧濃度和uv輻射強度數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線傳輸至壽命預測模塊和綜合評估模塊。

20、可選的，所述壽命預測模塊包括數(shù)據(jù)接收單元、特征提取單元、退化趨勢分析單元、壽命預測單元以及數(shù)據(jù)輸出單元；其中：

21、數(shù)據(jù)接收單元：用于接收來自多參量實時監(jiān)測模塊、電氣負載模擬模塊和環(huán)境模擬模塊的數(shù)據(jù)；特征提取單元：利用圖神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)處理接收到的數(shù)據(jù)，提取逆變器性能退化的相關(guān)特征；

22、退化趨勢分析單元：基于從特征提取單元獲得的特征，使用時間序列分析技術(shù)，評估逆變器在不同測試條件下的退化速率和模式，得到逆變器的性能退化趨勢；

23、壽命預測單元：基于退化趨勢分析結(jié)果，結(jié)合歷史退化數(shù)據(jù)，計算逆變器的預期壽命；

24、數(shù)據(jù)輸出單元：將壽命預測結(jié)果輸出至綜合評估模塊和用戶界面模塊。

25、可選的，所述特征提取單元包括：

26、數(shù)據(jù)預處理：對來自數(shù)據(jù)接收單元的多源數(shù)據(jù)進行預處理，包括歸一化和標準化處理；

27、構(gòu)建圖結(jié)構(gòu)：將預處理后的數(shù)據(jù)構(gòu)建成圖結(jié)構(gòu)，節(jié)點表示逆變器的各個性能指標，邊表示性能指標之間的關(guān)系；

28、初始化節(jié)點特征：初始化每個節(jié)點的特征向量，特征向量包括節(jié)點對應的性能指標數(shù)據(jù)；

29、圖卷積層計算：利用圖卷積網(wǎng)絡對節(jié)點特征進行更新，每一層的節(jié)點特征通過鄰居節(jié)點的信息進行聚合和更新，更新的公式為：，其中，是節(jié)點在第層的特征向量，是節(jié)點的鄰居節(jié)點集合，和分別是節(jié)點和節(jié)點的度數(shù)，表示各節(jié)點的連接數(shù)量，是第層的權(quán)重矩陣，表示網(wǎng)絡參數(shù)，是激活函數(shù)；

30、節(jié)點特征聚合：對多層圖卷積層的輸出進行聚合，得到每個節(jié)點的最終特征表示，其中包含了鄰居節(jié)點的信息，進行聚合的公式為：

31、，其中，是節(jié)點的最終特征表示，aggregate是特征聚合函數(shù)，表示對各層特征的聚合，是圖卷積網(wǎng)絡的層數(shù)；

32、特征輸出：提取每個節(jié)點的最終特征表示，作為逆變器性能退化的關(guān)相關(guān)特征，并將其傳輸至退化趨勢分析單元。

33、可選的，所述退化趨勢分析單元包括：

34、特征數(shù)據(jù)準備：接收來自特征提取單元的最終特征數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)按照時間順序排列，形成時間序列數(shù)據(jù)集；

35、時間序列分解：對時間序列數(shù)據(jù)進行分解，將數(shù)據(jù)分為趨勢部分、季節(jié)部分和隨機部分；

36、趨勢分析：使用滑動平均的分析方法，提取時間序列數(shù)據(jù)中的長期趨勢，評估逆變器的性能退化趨勢：趨勢計算公式為：

37、，其中，是時間時刻的趨勢值，是滑動窗口的大小，是節(jié)點在時間時刻的特征表示；

38、退化速率計算：基于提取的長期趨勢，計算逆變器的退化速率；退化速率公式為：，其中，是退化速率，和分別是時間和時刻的趨勢值；

39、模式識別：使用動態(tài)時間規(guī)整算法，識別時間序列數(shù)據(jù)中的典型退化模式，分析逆變器在不同測試條件下的性能變化特征，動態(tài)時間規(guī)整算法公式為：

40、，其中，是兩個時間序列和在位置和的累積距離，是時間點和之間的距離；

41、退化模式區(qū)分：基于動態(tài)時間規(guī)整算法計算的累積距離，利用k-means聚類算法對退化模式進行分類，區(qū)分不同類型的退化模式；

42、結(jié)果輸出：將評估結(jié)果，包括退化趨勢和退化速率，輸出至壽命預測單元。

43、可選的，所述壽命預測單元中包括：

44、數(shù)據(jù)整合：整合來自退化趨勢分析單元的退化趨勢數(shù)據(jù)和歷史退化數(shù)據(jù)，形成完整的時間序列數(shù)據(jù)集；

45、退化模型擬合：采用指數(shù)退化模型對整合后的時間序列數(shù)據(jù)進行擬合，指數(shù)退化模型公式為：，其中，是時間時刻的趨勢值，是初始趨勢值，是退化速率常數(shù)；

46、參數(shù)估計：通過最小二乘法估計退化模型中的參數(shù)；

47、壽命預測：基于擬合的退化模型，預測逆變器在未來時刻的性能，通過確定其達到預設(shè)臨界值所需的時間，從而計算逆變器的預期壽命，預期壽命計算公式為：，其中，是預期壽命，是性能閾值，是初始趨勢值，是退化速率常數(shù)；

48、結(jié)果校驗：對預測的預期壽命結(jié)果進行校驗，具體通過與實際退化數(shù)據(jù)的比對和誤差分析進行驗證，校驗公式為：

49、，其中，是預測誤差，是時間時刻的實際趨勢值，是時間時刻的預測趨勢值。

50、可選的，所述綜合評估模塊包括數(shù)據(jù)接收單元、數(shù)據(jù)整合單元、健康狀況評估單元、性能指標計算單元以及報告生成單元；其中：

51、數(shù)據(jù)接收單元：用于接收來自壽命預測模塊的預期壽命數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，以及來自環(huán)境模擬模塊的測試數(shù)據(jù)；

52、數(shù)據(jù)整合單元：用于將來自不同來源的數(shù)據(jù)進行整合，形成完整的數(shù)據(jù)集；

53、健康狀況評估單元：基于整合的數(shù)據(jù)，通過健康狀況評估算法計算逆變器的整體健康指數(shù)，健康指數(shù)計算公式為：健康指數(shù)計算公式：，其中，表示健康指數(shù)，表示預期壽命，表示環(huán)境影響因子，和是權(quán)重系數(shù)；

54、性能指標計算單元：通過分析整合的數(shù)據(jù)，計算逆變器的性能指標，包括效率、功率因數(shù)、溫升；

55、報告生成單元：用于將評估結(jié)果生成綜合評估報告，報告內(nèi)容包括健康指數(shù)、各性能指標、歷史數(shù)據(jù)對比、預測趨勢和建議措施。

56、可選的，所述用戶界面模塊包括參數(shù)設(shè)置單元、程序啟動單元、實時數(shù)據(jù)顯示單元以及綜合評估報告顯示單元；其中：

57、參數(shù)設(shè)置單元：用于用戶輸入和設(shè)置測試參數(shù)，包括溫度、濕度、電壓、電流的參數(shù)；

58、程序啟動單元：用于啟動和控制測試程序；

59、實時數(shù)據(jù)顯示單元：用于實時顯示測試過程中采集的各項數(shù)據(jù)；

60、綜合評估報告顯示單元：用于顯示綜合評估模塊生成的評估報告。

61、本發(fā)明的有益效果：

62、本發(fā)明，通過實時采集關(guān)于電壓、電流、功率、溫度和濕度等多個參數(shù)的數(shù)據(jù)，并模擬各種環(huán)境影響，從而準確地模擬和分析逆變器在實際工作環(huán)境中可能遇到的各種復雜情況，這種全面的測試方法顯著提高了逆變器性能退化分析的準確性和效率，對預防和診斷早期故障具有重要作用。

63、本發(fā)明，通過先進的圖神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)和時間序列分析技術(shù)，能夠深入分析從測試模塊收集的數(shù)據(jù)，有效地預測逆變器的性能退化趨勢和預期壽命，系統(tǒng)的綜合評估模塊進一步將分析結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)對比，提供關(guān)于逆變器整體健康狀況的詳細報告，這不僅幫助運維人員做出更準確的維護決策，也為逆變器的設(shè)計改進和技術(shù)升級提供了科學依據(jù)。